Вопрос 3. Рассеяние света

Рассеянием света называют явление, при котором распространяющийся в среде световой пучок отклоняется по всевозможным направлениям.

Необходимое условие для возникновения рассеяния света – наличие оптических неоднородностей, т.е. областей с иным, чем основная среда, показателем преломления.

Рассеянию и дифракции света присущи некоторые общие черты, оба явления зависят от соотношения преграды или неоднородности и длины волны.

Отличие между ними в том, что дифракция обусловливается интерференцией вторичных волн, а рассеяние- сложением (неинтерференцией) излучений, возникающих при вынужденных колебаниях электронов в неоднородностях под действием света.

Различают 2 вида неоднородностей:

1. мелкие инородные частицы в однородном прозрачном веществе. Такие среды являются мутными: дым, туман, эмульсии и т.п. Рассеяние света в мутных средах называют явлением Тиндаля.

2. оптические неоднородности, возникающие в чистом веществе из-за статистического отклонения молекул от равномерного распределения (флуктуации плотности).

Рассеяние света на неоднородностях этого типа называют молекулярным, например, рассеяние света в атмосфере.

Уменьшение интенсивности света вследствие рассеяния, как и при поглощении, описывают с помощью показательной функции:

(11)

k′ - показатель рассеяния.

При совместном действии поглощения и рассеяния света ослабления интенсивности также является показательной функцией:

(12)

μ'- показатель ослабления.

Нетрудно увидеть, что μ'=ε+k′

Рэлей установил, что при рассеянии в мутной среде на неоднородностях, приблизительно меньших 0.2λ, а также при молекулярном рассеянии интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны – закон Рэлея:

(13)

Это означает, что из белого света веществом будут преимущественно рассеиваться голубые и фиолетовые лучи, а красные проходить в направлении падающего света. (рис.2)

Д

рис.2

Аналогичное явление наблюдается в природе: голубой цвет неба – рассеянный свет, красный свет заходящего Солнца – изменение спектра белого света из-за значимого рассеяния голубых и фиолетовых лучей в толще атмосферы при наклонном падении.

Меньшее рассеяние красных лучей используют в сигнализации: опознавательные огни на аэродромах, наиболее ответственный свет светофора – красный и т.п.

Инфракрасные лучи (ИК - лучи) рассеиваются еще меньше.

Если взвешенные частицы велики по сравнению с длиной волны, то рассеяние не соответствует закону Рэлея – в знаменателе дроби будет стоять λ². Рассеянный свет теряет свою голубизну и становиться белее. Так, пыльное небо городов кажется нам белёсым в противоположность темно-синему небу чистых морских просторов.

Направление рассеянного света, степень его поляризации (см. в следующей лекции), спектральный состав и т.д. приносят информацию о параметрах, характеризующих межмолекулярное взаимодействие, размерах макромолекул в растворах, частиц в коллоидных растворах, эмульсиях, аэрозолях и т.д.

Методы измерения рассеянного света с целью получения такого рода сведений называют нефелометрией, а соответствующие приборы – нефелометрами.

В этом методе закон Рэлея:

(14)

k – коэффициент пропорциональности,

С – концентрация раствора,

V – объем,

ρ – плотность коллоидных частиц,

λ – длина волны света.

Концентрация вещества определяется по формуле:

(15)

h₁ и h₂ – пути пройденные рассеянным светом.

Литература:

1. А.Н. Ремизов. Курс физики, электроники и кибернетики. – М.: Издательство «Высшая школа», 1982.

2. Л.А. Аксенович, Н.Н. Ракина. Физика. – М.: Издательство «Дизайн Про», 2001.

3. Ф.К. Горский, Н.М. Сакевич. Физический практикум с элементами электроники. – М.: Издательство «Высшая школа», 1980.

4. Р.И. Грабовский. Курс Физики. – СПБ.: Издательство «Лань», 2006.

Дата добавления: 2015-07-02